李翌光　陳澤民　陳康

[摘 要]本文的則是通過傳統(tǒng)的分光計(jì)的調(diào)節(jié)測量方法以及大學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)際上遇到的一些操作上的問題，提出了一些針對(duì)分光計(jì)調(diào)節(jié)方法上的改進(jìn)以及相應(yīng)的誤差分析，則可以大大的加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，節(jié)約了教學(xué)時(shí)間。讓新手更容易的接受和掌握分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法。

[關(guān)鍵詞]分光計(jì)；調(diào)節(jié)方法；誤差分析

中圖分類號(hào)：O657.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）13-0299-01

1 分光計(jì)的調(diào)節(jié)要求

分光計(jì)作為一種非常精密的光學(xué)測量儀器，它的實(shí)際調(diào)節(jié)操作相當(dāng)?shù)碾y。不過就理論上而言，它需要達(dá)到的要求很簡單，簡單來說就是“三平行”而已，即三個(gè)平面：觀察平面（望遠(yuǎn)鏡在旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的）、光路平面（入射光線和折射光線形成的待測光路）以及讀數(shù)平面（刻度盤和游標(biāo)盤之間形成的），這三個(gè)平面之間需要使得觀察平面和光路平面都要與讀數(shù)平面平行。

這是理論上的要求，但是實(shí)際上由于設(shè)備在制造時(shí)，讀數(shù)平面就已經(jīng)與分光計(jì)的中心軸垂直了，所以，這時(shí)候就是要求調(diào)節(jié)觀察平面以及光路平面都要與分光計(jì)的中心軸垂直才能使得三個(gè)平面之間相互平行。因此，就實(shí)際操作而言，就必須使得望遠(yuǎn)鏡光軸、平行光管光軸垂直于分光計(jì)的中心軸，而待測元件（如三棱鏡）的光學(xué)平面就必須平行于分光機(jī)的中心軸。

2 傳統(tǒng)方法中存在的問題

分光計(jì)的傳統(tǒng)方法可以看出[1-3]，其存在相當(dāng)大的缺陷的，就是出現(xiàn)在第二步中的望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)當(dāng)中。由“逐次各半逼近法”得知，此法需要不斷的重復(fù)的調(diào)節(jié)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，所以由此看出，“逐次各半逼近法”是一個(gè)理論上的操作，就相當(dāng)于數(shù)學(xué)當(dāng)中的積分一樣，它只是個(gè)理論值，無法真正意義上的達(dá)到我們測量上要求的精準(zhǔn)程度；而且旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)180°在理論上也是存在缺陷的。下述將進(jìn)行理論上的推到：

如圖1所示，我們假設(shè)載物臺(tái)與分光計(jì)中心法線不垂直的情況下，載物臺(tái)的中心法線為，我們可以將其分解為順著望遠(yuǎn)鏡方向的，以及垂直于望遠(yuǎn)鏡方向的。根據(jù)分光計(jì)傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法中的用“逐次各半逼近法”來調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡中心法線垂直于平面鏡的步驟中，我們是通過調(diào)節(jié)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，從而調(diào)節(jié)平面鏡的另一面。在這里我們可以看出，當(dāng)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，我們的和都發(fā)生著對(duì)稱的變化。也就是，當(dāng)我們通過“逐次各半逼近法”完成調(diào)節(jié)之后，實(shí)際上我們只能消除載物臺(tái)中心法線在平行于望遠(yuǎn)鏡的方向上的分量，即此時(shí)：

（1）

此時(shí)，只需要望遠(yuǎn)鏡垂直于平面鏡，反射回來的亮“十字”就能與分劃板上半部的十字劃線完全重合，從而造成調(diào)節(jié)達(dá)成目標(biāo)的假象。而的值等不等于零相對(duì)于來說就顯得毫無作用了。也就是此時(shí)是望遠(yuǎn)鏡垂直了平面鏡，但是載物臺(tái)卻沒有與分光計(jì)的中心法線垂直。此時(shí)，我們貌似達(dá)成了我們的調(diào)節(jié)要求，但是實(shí)際上并沒有完成我們的調(diào)節(jié)要求。

3 分光計(jì)調(diào)節(jié)方法的改進(jìn)及誤差分析

3.1 分光計(jì)調(diào)節(jié)方法的改進(jìn)

首先我們由第三節(jié)當(dāng)中分析的分光計(jì)傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法存在的問題，可以知道分光計(jì)調(diào)節(jié)的第二步望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)當(dāng)中應(yīng)該是需要調(diào)節(jié)的二維分量和都應(yīng)該為零，而調(diào)節(jié)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°的情況下只達(dá)到了的值為零，垂直分量卻出現(xiàn)了不作為的現(xiàn)象。所以在此調(diào)節(jié)步驟上做出的改進(jìn)如下：

（1）消除分量。根據(jù)“逐此各半逼近法”調(diào)節(jié)使得望遠(yuǎn)鏡與載物臺(tái)中心法線垂直；

（2）消除分量。如圖2，為提高調(diào)節(jié)精度，保持載物臺(tái)不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡90度，將雙面鏡置于載物臺(tái)上（圖中虛線所示）并對(duì)正望遠(yuǎn)鏡觀察“十”字像位置，此時(shí)再旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)180°觀察平面鏡兩面反射回望遠(yuǎn)鏡的“十”字像。若此時(shí)反射回的亮“十字”已經(jīng)出現(xiàn)在分劃板上的上半部十字劃線的對(duì)稱位置，則只需要調(diào)節(jié)螺絲E使得“十字”出現(xiàn)在分劃板的十字劃線高度上就能消除分量。否則就需要調(diào)節(jié)螺絲E和望遠(yuǎn)鏡的俯仰螺絲進(jìn)行各半調(diào)節(jié)達(dá)到要求。

只有達(dá)到我們兩個(gè)分量都等于零時(shí)，我們就能保證望遠(yuǎn)鏡的中心軸以及載物臺(tái)的臺(tái)面都與分光計(jì)的中心法線的嚴(yán)格意義上的垂直。

分光計(jì)調(diào)節(jié)方法在此改進(jìn)之后，在學(xué)生實(shí)際操作當(dāng)中能夠減少很多麻煩。消除了調(diào)節(jié)完望遠(yuǎn)鏡之后進(jìn)行測量時(shí)在望遠(yuǎn)鏡視場當(dāng)中看不到十字反射像的現(xiàn)象。也避免了學(xué)生在換上棱鏡時(shí)同樣的出現(xiàn)看不到反射像的結(jié)果。

3.2 改進(jìn)調(diào)節(jié)方法的誤差分析

誤差分析是一個(gè)實(shí)驗(yàn)做完之后最重要的一個(gè)必不可少的步驟，它是用來檢驗(yàn)我們實(shí)驗(yàn)值與理論值之間的差距。而一個(gè)實(shí)驗(yàn)如果沒有進(jìn)行誤差分析，它的值的存在即使很接近我們的理論值，也不能證明我們的真理，而此實(shí)驗(yàn)的存在也就毫無意義可言了。而本文分光計(jì)調(diào)節(jié)方法的改進(jìn)之后的誤差分析和原來的差不多，都是在三個(gè)方面進(jìn)行分析的：1.系統(tǒng)存在的誤差；2.調(diào)節(jié)方法的誤差；3.讀數(shù)帶來的誤差；4.計(jì)算產(chǎn)生的誤差。

（1）系統(tǒng)存在的誤差。

系統(tǒng)本身存在的誤差主要是指儀器方面的。例如，上述的改進(jìn)方法中，將平面鏡貼著三棱鏡進(jìn)行觀察。在這里我們就需要要求我們的三棱鏡在做工上面需要三棱鏡的鏡面平整，以及三棱鏡與載物臺(tái)之間成90°的直角。然后平面鏡也需要做到一樣的要求才能代替三棱鏡的鏡面。它們之間不能有任何空隙，及角度。

（2）調(diào)節(jié)方法帶來的誤差。

在調(diào)節(jié)過程中，我們首先需要目測望遠(yuǎn)鏡的平行程度，也就說明我們的望遠(yuǎn)鏡的平行也會(huì)帶來很大的誤差，因?yàn)檫@只是簡單的目測完成的，并不能標(biāo)準(zhǔn)化。第二，我們需要通過望遠(yuǎn)鏡觀察反射像的對(duì)稱情況，同理這也導(dǎo)致了誤差的存在。

（3）讀數(shù)帶來的誤差。

由于分光計(jì)是采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行讀數(shù)的，所以在游標(biāo)分度與主尺上分度對(duì)準(zhǔn)時(shí)的選擇肯定帶來了一定的誤差。

（4）計(jì)算產(chǎn)生的誤差。

計(jì)算當(dāng)中由于我們需要進(jìn)行各種估算值，以及近似值，所以計(jì)算也會(huì)帶來相當(dāng)一部分的誤差。

結(jié)論

本文首先提出了此文的研究意義，以及其研究方向。再就說明了分光計(jì)的概念和用途、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及其各部件的名稱和用途。然后通過大量的書籍和實(shí)驗(yàn)熟知分光計(jì)的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法當(dāng)中存在的不足之后，再結(jié)合大學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)當(dāng)中實(shí)際操作過程中所遇到的問題，尋求一種更加簡便，精確的辦法。最后本文通過大量的實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)上的分析得出了一個(gè)更加簡潔，容易操作與教學(xué)的分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法。

參考文獻(xiàn)

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